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汽车制造与装配专业毕业论文-混合动力汽车原理及发展前景研究 混合动力汽车原理及发展前景研究摘要：随着世界各国环境保护的措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用性价值并已有商业化运转的模式，只有混合动力汽车。本文主要对混合动力汽车的结构和工作原理进行分析，并对其发展前景进行深入研究。而且本文分析了混合动力汽车的研究现状，介绍了混合动力汽车的主要结构形式与工作特点，指出了混合动力汽车目前需要解决的主要问题和采用的关键技术，并对其发展前景进行了预测。关键词：混合动力；工作原理；发展前景Principle of Hybrid Vehicles and Development Prospects ofAbstract: With the world increasingly stringent environmental protection measures, alternative fuel engine cars more and more programs, such as hydrogen cars, fuel cell vehicles, and hybrid cars and so on. But the most practical method and mode of operation have been commercialized and only hybrid vehicles. In this paper, the structure of hybrid vehicles and working principle of the analysis, and to develop prospects for further study. And this article analyzes the power of a car, with the main form of power structures and working quality, pointed out a move the car is now required to solve the major issues and adopt the key technology and development made a prediction.Keywords: Hybrid; Working principle; Development prospects目 录一、混合动力汽车概念 11.1混合动力汽车的概念 11.2混合动力汽车的分类 11.2.1串联式混合动力电动汽车 11.2.2并联式混合动力电动汽车 21.2.3混联式混合动力电动汽车 3二、混合动力汽车的工作原理 5三、混合动力系统控制策略 63.1静态逻辑门限值策略 73.2顺势优化控制策略 83.3全局优化控制策略 93.4模糊逻辑控制策略10四、混合动力汽车的发展前景研究114.1混合动力汽车的市场应用114.2混合动力汽车的市场推广情况。4.3混合动力汽车面临的问题144.4混合动力汽车的前景与展望164.4.1混合动力汽车的市场164.4.2成熟的混合动力汽车技术174.4.3混合动力汽车市场推广政策184.4.4我国混合动力汽车发展概况18结语 19参考文献 19致谢 20一、混合动力汽车概念1.1混合动力汽车的概念混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）是指同时装备两种动力来源热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。混合动力汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗。简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。而且，辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力，因此，车主在享受更强劲的起步、加速的同时，还能实现较高水平的燃油经济性。1.2混合动力汽车的分类混合动力汽车包括串联式混合动力电动汽车（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）HEV所具备的特点在相应类型的可外接充电式混合动力汽车（Plug-in HEV）上依然具备，所不同的是Plug-in HEV用发动机功率比传统HEV的小，电机和电池功率比传统HEV的大，电池可通过电网进行充电。1.2.1串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电机、驱动电机和蓄电池组等部件组成。发动机仅仅用于发电，发电机所发出的电能供给电动机，电动机驱动汽车行驶。发电机发出的部分电能向电池充电，来延长混合动力电动汽车的行驶里程。另外电池还可以单独向电动机提供电能来驱动电动汽车，使混合动力电动汽车在零污染状态下行驶。串联式混合动力电动汽车中发动机不直接驱动汽车行驶，而是通过发电机转化为电能，再通过电动机驱动汽车行驶，这使得串联式混合动力电动汽车更加适合城市低转速下频繁起步和低速行走，但缺点是结构比汽油机复杂，占用空间更多，能量耗损比较多。在这种连接方式下，电池就像一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆的正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。串联型Plug-in HEV的特点是：发动机带动发电机发电，电能通过电动机控制器直接输送给电动机，由电动机产生电磁力矩驱动汽车。在发动机与驱动桥之间通过电能实现动力传递，因此更像是电传动汽车，其结构原理图，如图1所示。图 1 串联型Plug-in HEV动力系统简图1.2.2并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车主要是由发动机、发电/电动机和蓄电池组等部件组成。并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源，也可以同时使用电动机和发动机作为动力源来驱动汽车。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电动驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种方式的优点是动力更猛，结构相对简单，但由于电动机只是辅助驱动系统，因此在节油效果上不如混联式显著。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。并联型Plug-in HEV的特点是：并联式布置保留了发动机及其后续传动的机械连接，由电池组-电动机所提供的动力在原驱动系统的某一处和主动力汇合，或者发动机和电动机产生的力完全分开用以驱动不同的驱动桥，即汽车可由发动机和电动机共同驱动或者各自单独驱动。发动机和电机是两个相互独立的系统，即可实现纯电动行驶，又可实现内燃机驱动行驶，在功率需求较大时还可以实现全混合动力行驶，在停车状态下可进行外接充电。其结构原理图，如图2所示。图 2 并联型Plug-in HEV动力系统简图1.2.3混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电机、电动机、行星齿轮机构和蓄电池组等部件组成。如丰田PRIUS所采用的混合驱动方式，是将发动机、发电机和电动机通过一个行星齿轮装置连接起来。动力从发动机输出到与其相连的行星架，行星架将一部分转矩传送到发电机，另一部分传送到电动机并输出到驱动轴。此时车辆并不是串联式或者并联式，而是介于串联和并联之间，充分利用两种驱动方式的优点，可以在低速下用电池带动汽车工作，在加速时，由两套动力系统一同工作，在驱动汽车行驶的同时又为电池充电，因此非常适合城市走走停停的低速路况。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式的结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。另外，汽车在小负荷工作时，电动机/发电机（作为发电机）给蓄电池充电，使蓄电池得以补充电能；在汽车减速或制动时，汽车驱动电动机/发电机（作为电动机）为蓄电池充电（回收汽车减速或制动时的部分能量转变为电能储存）。与并联式混合动力系统相比，混联式混合动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。唯一的缺点就是价格高，结构复杂。基本上混合动力汽车就是以上说的那些，不过现在也有公司在开发非电动的混合动力车，比如通用公司的氢动力车。混联型Plug-in HEV驱动系统是串联式与并联式的综合，图3为一种典型的混联型Plug-in HEV动力系统结构原理图。发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能由控制器控制，输送给电动机或电池，电动机产生的驱动力矩通过动力耦合装置传送给驱动桥。混联型Plug-in HEV驱动系统的控制策略是：在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主；停车时，通过车载充电器对其进行外接充电。图 3 混联型Plug-in HEV动力系统简图二、混合动力汽车的工作原理混合动力汽车在发达国家已经日益成熟，有些已经进入使用阶段。由于构造复杂，成本较高，在电动汽车时代到来之前，混合动力型汽车只是一种过渡产品。HEV既要使用发动机作为动力来保证HEV正常行驶时所需要的基本动力，又要对发动机的节能和环保做出种种限制，使发动机的燃料消耗降低到最低，使发动机的有害气体的排放达到“超低污染”标准的要求。而采用控制发动机转速范围、降低发动机的最高转速、保持发动机稳定均衡地运转、并采取“开关”的控制方式，使发动机避开启动、怠速和转速突然变化时，燃料燃烧不完全而引起的燃料经济性降低和增加有害废气的排放，从而控制发动机始终处于最佳状态下运转。另外，HEV还可以广泛地采用转子发动机（Wankel Engine、Rotary Engineas Turbine 和斯特林发动机（Stirling Engine）作为HEV的发动机。HEV上是以电动机驱动作为发动机驱动的辅助动力，但必须对电池组的质量和整车的整备质量进行限制，以减轻HEV的总质量。因此，一般电动/发电机只是在HEV发动机启动，车辆启动、加速或爬坡时起作用。电动/发电机又是发动机的飞轮，起调节发动机输出功率作用。电动/发电机还起发电机的作用，将发动机的动能转化为电能，储存到电池组中去。在HEV下坡或制动时，将汽车惯性动能转换为电能，储存到电池组中去。因此，HEV有了电动机的辅助作用，就可以使用HEV达到节能和“超低污染”的要求。HEV汽车在起步、行车、加速和停车时，由其控制系统自动判断和控制使用何种动力，使汽车的能源消耗和排放指标控制在最佳范围。汽车起步时因发动机的效率低，由电动机提供动力，在信号等待时，发动机会自动停止运行，避免怠速空转的燃油消耗。汽车在正常行驶中控制发动机在最佳区域运行，一部分动力用于克服道路阻力，另一部分动力用于为电池充电。当车辆起步加速或爬坡时，除机组所产生的电能，通过控制设备，输往驱动车轮的电动机，此外，蓄电池组也同时供电给驱动车轮的电动机，以保证车辆具有足够的牵引能力。当车辆在平坦道路上作等速运行时，只需发电机组（或蓄电池组）单独提供电能驱动车辆即可。当车辆减速时，发电机组产生的电能，通过控制设备，向蓄电池组充电；在车辆制动过程中，驱动车轮的电动机，将转变为发电机，并通过控制设备向蓄电池充电。此种能将车辆的动能转变为电能并加以回收的制动方式，被称为“再生制动”。混合动力汽车通过将发动机、充电电池和电动机的最佳组合，既可以提高发动机工作效率，节省能源，又可以清洁排放，减少环境污染。这种车除发动机可对电池充电外，在减速时动力回收再生，制动器可以将机械能转换成电能，避免了能量的浪费。装用了混合动力系统的汽车燃料经济性比普通汽车可提高1倍，同时使能引起地球变暖的CO2排放量减少一半。混合动力驱动车辆在运行中，能向蓄电池组补充电能，因此，没有必要像电动车（电瓶车）那样，必须停歇在车库（或充电站点）内花很长时间充电。混合动力驱动的车辆具有节能、低排放、低噪音等优点，并且保持了传统的由内燃机驱动的汽车续驶里程长的固有特点，混合动力驱动的车辆不论在小轿车或是大型车辆（如：公共汽车）领域中，均将有巨大的发展潜力和看好的市场前景。混合动力汽车 HEV 不加重环境污染,其动力系统包括内燃机和电池组，兼备了内燃机汽车和电动汽车的优点，它将内燃机、电动机与一定容量的储能器件通过控制系统相组合，电动机可补充提供车辆起步、加速时所需转矩，又可以存储吸收内燃机富余功率和车辆制动能量，从而可大幅度降低油耗，减少污染物排放。混合动力汽车虽然没有实现零排放，但其动力性、经济性和排放等综合指标能满足当前苛刻要求，可缓解汽车需求与环境污染及石油短缺的矛盾。与传统内燃机汽车相比，其主要优点是采用了高功率的能量储存装置（飞轮、超级电容器或蓄电池）向汽车提供瞬时能量，可以提高效率、节省能源、降低排放，因此经济性和排放性明显改善，技术经济可行性较强。较之纯电动汽车，其主要优点是：续驶里程和动力性可达到内燃机汽车的水平；空调、真空助力、转向助力及其它辅助电器，借助原动机动力，无需消耗电池组有限电能，从而保证了乘坐的舒适性；而且混合动力汽车技术难度相对较小，成本也相对较低。混合动力汽车介于传统汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车之间，是一种承前启后的，在经济和技术方面都趋于成熟的电动汽车产品。三、混合动力系统控制策略因混合动力汽车各个组成部件、布置方式及控制策略的不同，形成了各式各样的结构形式。根据发动机和电机的功率比的混合动力汽车将发动机、电动机和能量储存装置（蓄电池）按某种方式组合在一起，有串联式、并联式和混联式三种布置形式。串联式混合动力汽车的控制策略的主要目标是使发动机在最佳效率区和排放区工作，其主要控制策略有恒温器模式、发动机跟踪器控制模式及基于规则型策略（前两者综合）。并联控制策略主要包括：静态逻辑门限值策略、瞬时优化控制策略、全局优化控制策略和模糊逻辑控制策略。其中后三个策略也适用于混联式的控制策略，另外混联式还有两种特有的控制策略：发动机恒定工作点策略和发动机最优工作曲线策略。下面主要对并联式和混联式混合动力汽车典型的控制策略进行分析。3.1 静态逻辑门限值策略该策略主要通过设置车速、动力电池的电池荷电状态（SOC）上下限及发动机工作转矩等一组门限参数，限定动力系统各部件的工作区域，并根据车辆实时参数及预先设定的规则调整动力系统各部件的工作状态，以提高车辆整体性能。这种策略的主要依据是工程经验，根据部件的稳态效率MAP图来确定如何进行发动机和电动机之间的动力分配。美国密西根大学Peng Huei等人将混合动力汽车控制分成三种模式，即正常行驶模式、充电模式及制动能量回馈模式。发动机稳态效率MAP图的划分，如图1 所示。图 4 基于规则的功率管理策略中发动机稳态效率MAP图的划分（1）正常行驶模式。从图4中可以看出，用“发动机工作最小功率”曲线和“电动机助力最小功率”曲线将发动机效率MAP图划分成三个区域，即：纯电动区域、发动机驱动区域及电动机辅助功率区域。功率分配规则：a.如果需求的驱动功率小于发动机工作的最小功率，则由电动机提供全部的驱动功率；b.如果需求的驱动功率超过该限值，则由发动机取代电动机驱动车辆前进；c.如果需求的驱动功率大于电动机助力最小功率，则由电动机提供额外的驱动功率。在正常行驶模式下，发动机总是工作在“发动机工作最小功率”和“电动机助力最小功率”之间效率最高的区域。（2）充电模式。对电池能量的管理采用了充电维持策略，即始终保持电池的SOC值位于最高效率区的上下限值之间（设定为55% 60%）。当SOC值小于55% 时，应切换至充电模式（当且仅当SOC值大于60%时充电过程完成），并计算电池的充电功率，该功率同时也作为电动机的目标功率。发动机的目标功率为需求的驱动功率与充电功率之和。充电模式中存在一个特例：当发动机的目标功率小于发动机工作最小功率时，为避免发动机在效率极低的区域内工作，仍然依靠电动机提供驱动力。（3）制动能量回馈模式。驾驶员踩下制动踏板，表明了驾驶员对负驱动功率的需求，应进入制动能量回馈模式，吸收混合动力汽车制动时的能量。然而，当制动能量超过可回馈的制动能量时，液压制动系统将提供剩余的制动能量。静态逻辑门限值策略主要依靠工程经验和实验，限定发动机的工作区域和工作方式，达到降低燃油消耗和排放的目的，方法比较简单直观，具有实用价值。但由于主要依靠工程经验设置门限参数，无法保证车辆燃油经济性最优，而且这些静态参数不能适应工况的动态变化，因此无法使整车系统达到最大效率。3.2 瞬时优化控制策略该控制策略是在发动机最优工作曲线模式的基础上，对混合动力汽车在特定工况点下整个动力系统的优化目标（如效率损失和名义油耗）进行优化，便可得到瞬时最优工作点，然后基于系统的瞬时最优工作点，对各个状态变量进行动态再分配。瞬时优化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功率损失最小”法，二者原理类似。其中“等效燃油消耗最少”法将电机的等效油耗与发动机的实际油耗之和定义为名义油耗，将电机的能量消耗转换为等效的发动机油耗，得到一张类似于发动机万有特性图的电机等效油耗图。在某一个工况瞬时，从保证系统在每个工作时刻的名义油耗最小出发，确定电机的工作范围（用电机转矩表示），同时确定发动机的工作点，对每一对工作点计算发动机的实际燃油消耗，以及电机的等效燃油消耗，最后选名义油耗最小的点作为当前工作点，实现对发动机和电机输出转矩的合理控制。为了将排放一同考虑，该策略还可采用多目标优化技术，采用一组权值来协调排放和燃油同时优化存在的矛盾。等效燃油消耗最小方法在每一步长内是最优的，但无法保证在整个运行区间内最优，而且需要大量的浮点运算和比较精确的车辆模型，计算量大，实现困难。瞬时控制策略应考虑以下四个方面问题：1）汽车整车性能优化应考虑发动机、电机和蓄电池组的瞬态效率；2）汽车实时最优控制应结合实际运行状态，如发动机等关键总成温度以及制动时能量回收量；3）用户可自定义燃油经济性和排放目标；4）任意一个给定速度下发动机的工作点，由控制器根据控制目标寻求发动机-电机最佳能量组合来决定发动机的最优工作点。根据对并联混合动力汽车动力性、经济性和排放性能的折中，建立实时控制的目标函数。Min f + +式中：wi对应量的权系数，i 16，通过调整权重来改变各参数的影响程度。由优化理论可知，瞬时最小值之和并不等于和的最小值，因此瞬时优化模式并不能导致全局最优的控制策略。全局优化模式才能实现真正意义上的最优化。3.3 全局优化控制策略全局最优能量管理策略是应用最优化方法和最优控制理论开发出来的混合动力系统能量分配策略，目前主要有基于多目标数学规划方法的能量管理策略，基于古典变分法的能量管理策略和基于Bellman动态规划理论的能量管理策略三种。研究最为成熟的是基于Bellman动态规划理论的能量管理策略，该方法首先建立空间状态方程，然后计算在约束条件下满足性能指标的最优解。对于一般的控制对象，该方法通常按照时间顺序把一个过程分为若干段，把一个复杂的决策问题（包括连续变量和离散变量的取值序列）转化为一系列单段（某一时间段内）决策问题，然后从最后一段状态开始逆向递推到初始段状态为止，最后就可以求解出完整的最优策略（即输入控制量的最优值序列）。当这个原理应用于混合动力汽车时，可假设系统发展用状态方程来描述，状态变量是SOC，每一节点代表每一时刻（横轴）对应的SOC值（纵轴），如图5所示。假设初始（t 0）SOC 是A，而终止SOC是E，连线上的数字代表了从一点到另一点的燃油消耗量。应用此原理可以得出最优的途径（从A到E）是：A B C D E。图 5 贝尔曼（Bellman）动态规划全局优化原理在实际混合动力系统的仿真优化中，Bellman过程这样来实现：首先通过离散SOC来建立Bellman过程的节点，SOC离散精度可以选择为1%，时间步长可以确定为1s。然后计算各SOC节点之间连线的权重，这个权重对应于实现SOC变化而需要的发动机油耗。只要那些从初始SOC节点可以到达或可以由此出发达到终点SOC的节点都要被考虑。在循环工况中计算各连线权重，保留最优解，实现电机和发动机的功率要求和传动比的全局最优化。仿真结果显示，在某种工况循环下，通常全局优化比瞬时优化降低油耗5%20%。全局优化模式实现了真正意义上的最优化，但实现这种策略的算法往往都比较复杂，计算量也很大，在车辆的实时控制中很难得到应用。通常的作法是把应用全局优化算法得到的能量管理策略作为参考，以帮助总结和提炼出能用于在线控制的能量管理策略，如与逻辑门限策略等相结合，在保证可靠性和实际可能性的前提下进行优化控制。3.4 模糊逻辑控制策略该策略基于模糊控制方法来决策混合动力系统的工作模式和功率分配，将“专家”的知识以规则的形式输入模糊控制器中，模糊控制器将车速、电池SOC和需求功率/转矩等输入量模糊化，基于设定的控制规则来完成决策，以实现对混合动力系统的合理控制，从而提高车辆整体性能。模糊逻辑控制策略目标与瞬时优化控制策略类似，但与瞬时控制策略相比，模糊逻辑控制策略具有鲁棒性好的优点。模糊逻辑控制策略用于电动汽车驱动系统的控制原理，如图6所示。在控制过程中，微机经中断采样获取电动汽车行驶工况值，然后将其量与给定值比较得到误差信号E（在此取单位反馈），再取E作为模糊控制器的一个输入量，把E的精确量转化为模糊量，E 量可用相应的模糊语言表示。至此，就得到了E的模糊语言集合的一个子集e（模糊向量），再由e和模糊控制规则R根据推理的合成规则进行模糊决策得到模糊控制量u: e0R图 6 模糊逻辑控制原理图为了对被控制的量施加精确的控制，还需要将模糊量转换为精确量。得到了精确的数字控制量后，经数模转换变为精确的模拟量送给执行机构，即电动机控制器，对驱动电机进行第一步控制，然后等待第二次采样，进行第二步控制，这样循环下去，就实现了对被控制对象的模糊控制，完成驱动控制的要求。基于模糊逻辑的策略可以表达难以精确定量表达的规则，方便地实现不同影响因素（功率需求、SOC和电机效率等）的折中，鲁棒性好。模糊逻辑控制增加了模糊决策因素和逻辑思维，是比较符合人的思维逻辑的控制算法之一，在混合动力汽车能量管理策略中应用是比较合适的。四、混合动力汽车的发展前景研究4.1混合动力汽车的市场应用自1995年起，世界各大汽车生产商已将研究的重点转向了混合动力汽车的研究开发。日本丰田汽车公司开发了混合动力轿车。美国三大汽车公司均开发了包括轿车、面包车、货车在内的混合动力汽车。目前，混合动力汽车技术及市场均被看好。日本国内拥有的混合动力电动汽车已超过7万辆，预计在2010年将达到210万辆。美国通用公司将在5年内销售100万辆混合动力汽车。目前日本丰田汽车公司是走在混合动力汽车研发前沿的汽车公司，其后又在2001年相继推出了混合动力面包车和皇冠轿车。到2002年底，丰田汽车公司生产的混合动力汽车在日本国内和海外的累计销量均突破了10万辆，现在已经在全世界20多个国家上市销售。丰田混合动力系统（THS）电子控制装置的特点是：分别利用电能、汽油或两者组合同时工作。根据车速和负荷情况，THS可以控制每种能源所提供的功率比例，以保证汽车按最有效的模式运行。在车辆的行驶过程中，乘客对THS的转换是感觉不到的。THS系统的关键部分是功率分流装置。该装置利用一套行星齿轮组将发动机功率直接传递到车的前轮和发电机上。电控式变速器将汽油机、发动机和电动机的功率输出加以混合，从而达到汽车加速和减速的需要。2002年，丰田混合动力面包车投产，其混合动力系统采用了世界首次批量生产的电动四轮驱动力/制动力综合控制系统，它给混合动力汽车的行驶性能带来了革命性的改进。所有这些都表明丰田公司在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界同行前列。丰田汽车公司计划在2012年在其全部汽车产品上采用汽油电力混合动力发动机，以提高燃油经济性和降低排放污染。据统计，美国市场上售出混合动力汽车接近7万辆，2002年美国的混合动力汽车市场规模达到35000辆。美国已有近20个城市在试用混合动力公共汽车。欧洲各大汽车厂商也纷纷推出了混合动力汽车。法国BE集团先后推出了贝灵格型和萨拉型混合动力汽车。排放量较同类普通汽车降低35%，一次行程可高达1000km。国内90年代末期开始了混合动力汽车的研发工作。1999年，清华大学与厦门金龙联合汽车工业有限公司合作研制成功国内第一辆混合动力轻型客车。2001年底，国家863电动汽车科技公关项目正式启动，第一批项目中主要是混合动力车，目前正在进行当中。一汽和东风汽车集团联合在所在地的高校和研究所，在各自客车底盘上，研发混合驱动公共汽车和大型客车。此外，东风电动汽车公司还承担了混合动力轿车的研究开发。十五目标是攻克关键技术、推出新产品，主要研究内容包括：发动机、电动机、蓄电池等各种单元技术；各系统的电子控制技术和整车的动力系统优化与控制技术，应节省燃料50%，排放下降80%；制动能量回收技术，应能回收30%制动能量。目前东风电动车辆股份有限公司开发出的混合动力汽车。其中，EQ7200 HEV型混合动力轿车以风神蓝鸟轿车为平台，以满足未来城市公务、出租用车需求为目标，最大限度利用东风公司现有产品平台及社会资源开发而成，实现产品系列化、通用化、标准化设计。主要技术参数：最高车速160km/h，锂离子电池。EQ6110V型混合动力城市公交车采用混联 方案，专为2008年北京奥运会公交用车而开发。主要性能参数：采用东风康明斯6BTA型柴油机（最大转矩488N?m，额定转速2200r/min）；中科院电工所研制的交流发电机，纯电池电动运行最高车速72km/h。天津清源电动车辆有限公司开发出混合动力中型客车。其主要技术特点：使用燃油和电力双能源，同时兼顾了传统汽车的方便性和电动汽车的环保性能；排放达到欧标准，燃油经济性提高15%以上，适于城市和城际之间的公共交通。深圳明华环保汽车有限公司开发出混合动力电动轻型客车。其技术特点：采用并联式混合动力系统，内燃机采用达到欧排放标准的柴油机，电动机采用国际先进的异步交流电机，具有变频调速的矢量控制系统；自身反充功能：内燃机做动力源驱动车辆行驶中可同时通过电动机/发动机功能互换将发动机用作发电机为车载蓄电池组充电以补充能量，提高电驱动续驶里程。第一汽车集团公司、美国电动车（亚洲）公司、汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作推出一款混合动力轿车CA7180AE。该款串联式的混合动力轿车属中高档，13kW油机，15kW流电机，144V（105Ah）铅酸电池，4×2前驱动形式，最高车速可达135km/h。4.2混合动力汽车的市场推广情况目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，国际、国内的汽车企业在竞相研发混合动力汽车。但要真正实现自主混合动力车型的普及，还有诸多障碍需要克服，包括技术上的一些关键难题和成本增加太多、零部件配套资源体系不成熟等。面对交通能源与环境问题的巨大挑战，以能源多元化、排放洁净化、燃料节约化为主要特征的节能与新能源汽车迅速发展，相互竞争，并引发了汽车动力的电控化和电气化两大技术变革，促进了汽车能源及动力的快速转型。混合动力汽车可在不改变既有的汽车产业结构、能源 石油燃料 体系以及用户对车辆使用习惯的前提下，最大限度地发挥内燃机和纯电动汽车的双重优点，达到节能和环保的目的。因而被业界认为是目前最现实可行且长远有效的节能环保方案。混合动力汽车融合了纯电动汽车和燃油汽车优点，较好地满足了汽车低排放、低油耗、高性价比的综合要求，并较好地解决了汽车节能与环保问题，因而逐渐成为世界各大汽车生产企业开发的热点，其市场前景也越来越被看好。目前，丰田公司是混合动力汽车领域的佼佼者。1997年12月，日本丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车“普锐斯（PRIUS）”，该轿车于2000年7月开始出口北美，同年9月开始出口欧洲。普锐斯在达成高水平的燃油经济性和环保性能的前提下，实现了出色的动力性和舒适性。“PRIUS”的正式量产上市标志以混合动力汽车为代表的新一轮汽车研发竞争的开始。为保持领先地位，丰田公司加大了对混合动力车的投入。2005年，丰田投资1000万美元在美国肯塔基州工厂改造设备和训练员工，以生产混合动力车。2006年10月，肯塔基州工厂生产的第一辆佳美（Camry）混合动力家庭轿车下线，预计年产量为4.8万辆。日本本田公司推出了“Insight”、“CIVIC”等混合动力汽车，福特公司紧随其后，推出了“ESCAPE”混合动力汽车，戴克、通用、雪铁龙、日产等公司也纷纷加快了混合动力技术的产业化开发。普锐斯1997年在日本上市后一直反应平平，2002年的销售量不到40000辆。2003年下半年第二代普锐斯上市，由于技术得到很大的改进，销量迅速增长到12万辆。随着油价的持续上涨，更多的消费者开始购买节油和环保的混合动力汽车，这使得美国和日本混合动力汽车市场率先经历了“井喷式”增长。2005年，混合动力汽车的全球销量增长到45万辆，是2003年的近4倍。2000年以来，美国混合动力车市场实现了大幅增长。在美国市场，2004年混合动力汽车的销售量仅为5万辆，而2005年的销售量快速增长到20.5万辆，占全部新车销量的1.2%。从1997年到2006年，丰田已在全球销售75万辆普锐斯、雷克萨斯等品牌的混合动力车，占有混合动力汽车市场近70%的份额。2006年，丰田汽车公司在美国市场上推出了4款从现有车型改造成的混合动力汽车，这些混合动力汽车的外形、操控以及车内的设备和普通车完全一样。丰田的目标是最终将推出旗下几乎所有车型的混合动力版，并在2012年把混合动力汽车的产量提高到100万辆。丰田公司预测，在未来的10年内，其在美国的全部轿车销量中，混合动力车型将占有25%的市场份额。4.3混合动力汽车面临的问题环境污染问题全世界都很关注，如何保持良好的生态环境，维护人类自身和子孙后代的健康，是全人类共同的责任。推出更加节能减排的汽车产品是所有汽车生产厂商的愿望。目前世界范围内，丰田、本田、别克等公司均有成熟的混合动力车型，在我国市场上的混合动力车型相对较少，主要为车田的普瑞斯、本田思域Hybrid、别克君越ECO-Hybrid、雷克萨斯LS600hL、奔驰S400、奇瑞混合动力A5 BSG等车型，目前的市场销售状况一般，消费者评论褒贬不一。 1 混合动力车辆价格偏高制约消费者的购买力。以普锐斯为例。目前由于技术限制，普锐斯售价一直偏高，在国外和国内的售价上相差也较大。一辆普瑞斯在日本的售价相当于人民币16万元，比同级别汽油车仅贵3万元人民币，在获得部分政府补贴后，价格相当；但在我国售价要30万元左右。虽然能降低油耗，但节省下的钱并不能抵消消费者的购车款。故有“普锐斯PRIUS所节省的汽油的价值远低于普锐斯PRIUS比同级别全汽油车高出的价值”之说。据调查，中国的汽车消费主要还是倾向于经济型车辆，偏高的售价让普通消费者对混合动力车望而却步。 2 新能源汽车的开发研究对混合动力汽车的发展有一定影响。石油资源的日渐短缺，人们越来越多地将目光投入到新兴能源的开发上。目前已经获得认可的石油替代能源有：电能、氢气、醇类、天然气、液化石油气、生物质能和二甲醚等，其中有些已经获得了一定的应用。尤其电动汽车作为一种零排放、高效率、结构简单及维修、使用方便的汽车，无疑是交通运输工具的最佳选择。汽车厂商将更多的人力资源和资金投入新能源汽车的开发和研究，一旦新能源技术有了较大的突破，对混合动力汽车的发展将有着一定的制约。混合动力汽车要进入实用化，需要具备高比能量和高比功率的能量储存装置，低成本、高效率的功率电子设备和燃料经济性 高排放低的发动机。所面临的关键性技术和需要解决的问题包括一下几个方面。第一，内燃机与电机最优耦合功率分配比的控制和实现、功率分配装置及其与变速器一体化的设计。混合动力汽车发动机频繁启动、关闭，使驱动系统和附件的电能管理变得复杂，因此需要先进的检测和控制系统；现有的以热力发动机为主的混合动力单元在将燃油转化为有用功的同时，需要提高转化效率，同时还要满足严格的排放标准。第二，电池性能的提高。能量储存装置要具有较高的比功率，以满足汽车加速和爬坡时对大功率的需要；同时，要有较高的比能量、较长的使用寿命和低廉的制造成本。第三，减小电力电子器件尺寸、减轻质量和降低制造成本。混合动力汽车的产业化发展，依赖于上述电动汽车配套的一次或二次动力电池技术的进步或突破，也有赖于传统内燃机技术提高，更重要的是完善驱动系统、控制系统的系统集成。第四，电力驱动系统。电机必须要具有良好的可控性和容错能力，以及具有低噪声、高效率的特点。4.4混合动力汽车的前景与展望汽车动力系统是一个完整的体系，包括燃料、发动机、动力传动系统三个主要层次。根据生命周期循环分析，从油井到车轮的效率来看，源于石油的最佳组合是：汽油/柴油内燃机混合动力；源于天然气、煤的氢燃料电池及其混合动力可与合成燃料内燃机及其混合动力竞争。近年来，汽车动力系统最大的突破是混合动力技术，它为汽车动力系统的转型奠定了基础平台。混合动力电动汽车比较纯电动汽车和原动机具有以下优点：电池的数量减少，因此混合动力电动汽车自身质量可减轻。辅助动力单元 APU 的选用使汽车的续驶里程与动力能可以达到内燃机汽车的水平。 混合动力汽车废气排放量低，符合“低碳经济”的发展规律。面对全球气候变化，急需世界各国协同减低或控制二氧化碳排放，“低碳经济”在这种形势下应运而生。所谓“